本發(fā)明在用于制造對(duì)象的基于激光的加性制造過程的領(lǐng)域中。特別地，本發(fā)明涉及一種在構(gòu)建過程期間校準(zhǔn)激光器和掃描儀延時(shí)，特別是激光器掃描開始和停止的過程。該新穎的校準(zhǔn)過程將減小操作者變化并使得掃描過程標(biāo)準(zhǔn)化，從而導(dǎo)致復(fù)雜幾何對(duì)象的更精確的制造。

背景技術(shù)：

與減性(subtractive)制造方法形成對(duì)照，加性制造(am)過程通常涉及一個(gè)或多個(gè)材料的積聚，其用來制作凈形或者近凈形(nms)對(duì)象。雖然“加性制造”是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)術(shù)語(yǔ)(astmf2792)，但是am囊括在多種名稱下已知的各種制造和原型制作技術(shù)，包含自由成型制作、3d印刷、快速原型制作/加工等。am技術(shù)能夠根據(jù)各種各樣的材料來制作復(fù)合組件。通常，獨(dú)立對(duì)象能夠根據(jù)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型來制作。一種特定類型的am過程使用能量束、例如電子束或電磁輻射(例如激光束)來燒結(jié)或熔融粉末材料，從而創(chuàng)建固體三維對(duì)象，其中粉末材料的微粒結(jié)合在一起。例如工程塑料、熱塑彈性體、金屬和陶瓷的不同材料系統(tǒng)被使用。激光燒結(jié)或熔融是一種用于功能原型和工具的快速制作的著名am過程。應(yīng)用包含復(fù)雜加工件、熔模鑄造的圖案、注射模塑和拉模鑄造的金屬鑄型以及砂型鑄造的鑄型和型芯的直接制造。用來增強(qiáng)設(shè)計(jì)周期期間的概念的傳遞和測(cè)試的原型對(duì)象的制作是am過程的其他的常見使用。

選擇性激光燒結(jié)、直接激光燒結(jié)、選擇性激光熔融和直接激光熔融是用來表示通過使用激光束燒結(jié)或熔融細(xì)粉來產(chǎn)生三維(3d)對(duì)象的常見工業(yè)術(shù)語(yǔ)。例如，美國(guó)專利號(hào)4863538和美國(guó)專利號(hào)5460758描述常規(guī)激光燒結(jié)技術(shù)。更準(zhǔn)確來說，燒結(jié)需要在低于粉末材料的熔點(diǎn)的溫度下熔合(凝聚)粉末的微粒，而熔融需要完全熔融粉末的微粒，以形成固體均質(zhì)體。與激光燒結(jié)或激光熔融關(guān)聯(lián)的物理過程包含到粉末材料的熱傳遞，并且然后燒結(jié)或熔融粉末材料。雖然激光燒結(jié)和熔融過程能夠應(yīng)用于寬范圍的粉末材料，但是尚未充分理解生產(chǎn)路線(route)的科學(xué)和技術(shù)方面、例如燒結(jié)或熔融速率以及在層制造過程期間的處理參數(shù)對(duì)微結(jié)構(gòu)演進(jìn)的影響。這種制作方法伴隨有熱、質(zhì)量和動(dòng)量傳遞的多種模式以及使過程極為復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)。

圖1是示出示范常規(guī)激光加性制造系統(tǒng)100的截面圖的示意圖。設(shè)備100通過使用由源、例如激光器120所生成的能量束136燒結(jié)或熔融粉末材料(未示出)按照逐層方式來構(gòu)建對(duì)象、例如部件122。將要由能量束所熔融的粉末由貯存器126來供應(yīng)，并且使用重涂器臂116均勻遍布于構(gòu)建板114之上，以將粉末保持在水平118處，并且將延伸于粉末水平118上方的多余粉末材料移除到廢物容器128。能量束136燒結(jié)或熔融在檢流計(jì)掃描儀132的控制下構(gòu)建的對(duì)象的截面層。降低構(gòu)建板114，并且另一個(gè)粉末層遍布于構(gòu)建板和所構(gòu)建的對(duì)象之上，后面是由激光器120對(duì)粉末的連續(xù)熔融/燒結(jié)。該過程重復(fù)進(jìn)行，直到部件122由熔融/燒結(jié)的粉末材料完全構(gòu)成。激光器120可由包含處理器和存儲(chǔ)器的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來控制。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可確定每層的掃描圖案，并且控制激光器120按照掃描圖案或″標(biāo)記(mark)″來輻照粉末材料。在部件122的制作完成之后，各種后處理規(guī)程可應(yīng)用于部件122。后處理規(guī)程包含通過例如吹風(fēng)或真空處理來移除多余(access)粉末。其他后處理規(guī)程包含應(yīng)力釋放過程。另外，熱、機(jī)械和化學(xué)后處理規(guī)程能夠用來拋光部件122。

跨粉末材料的激光的掃描或標(biāo)記例如以光柵掃描方式進(jìn)行，以創(chuàng)建陰影線掃描(hatchscan)(其形成部件截面的大部分)和/或輪廓掃描(contourscan)(其略述部件截面邊緣)，熔融被關(guān)斷時(shí)在其中那個(gè)層中不預(yù)期對(duì)象截面的熔融形成的那個(gè)區(qū)域中的粉末。這些陰影線掃描沿著相鄰的線重復(fù)以形成將構(gòu)建的對(duì)象的單個(gè)熔融和熔合截面，而輪廓掃描創(chuàng)建部件的離散邊界或邊緣。一旦正在構(gòu)建的對(duì)象的一個(gè)截面的熔融形成完成，設(shè)備則在所完成的截面表面上涂敷附加的粉末層。重復(fù)該過程直到對(duì)象完成。

與激光加性制造相關(guān)聯(lián)的一個(gè)挑戰(zhàn)涉及在粉末中產(chǎn)生預(yù)期的熔融圖案，同時(shí)在粉末床上保持預(yù)期的激光速度。例如當(dāng)激光器在陰影線線條(hatchline)的開始太早或太遲被開啟時(shí)，或者在陰影線線條的結(jié)束太早或太遲被關(guān)閉時(shí)，熔融圖案的不準(zhǔn)確會(huì)產(chǎn)生。當(dāng)設(shè)備以標(biāo)記模式運(yùn)行時(shí)，其中激光器頭在陰影線線條的開始和結(jié)尾處停止，開啟激光器太早可能導(dǎo)致燒入效應(yīng)，其中熔池大于影線線條開始處預(yù)期的熔池。在空中文字(skywriting)模式下，其中激光器頭在寫入階段的結(jié)束時(shí)保持不變的運(yùn)動(dòng)，將激光器開啟太早可能導(dǎo)致超過輪廓線條的陰影線線條。其它非均勻性由開啟激光器太早或太遲，或者開啟激光器太遲而產(chǎn)生。而且，由于激光器頭在跳轉(zhuǎn)(jump)后是不穩(wěn)定的，因此在跳轉(zhuǎn)后太早開啟激光器可能導(dǎo)致變形的熔融圖案，反映了激光器寫入頭的動(dòng)態(tài)不穩(wěn)定性。這些問題可能導(dǎo)致正在構(gòu)建的對(duì)象的非均勻表面。

為了校正這些問題，激光器頭和掃描儀頭控制信號(hào)必須被調(diào)節(jié)以計(jì)及系統(tǒng)組件的動(dòng)態(tài)行為(即掃描器和激光器的響應(yīng)，以及工件和激光輻照之間的具體交互)。一個(gè)控制方案使用設(shè)置參數(shù)，其包含激光器開啟延時(shí)、激光器關(guān)閉延時(shí)、跳轉(zhuǎn)延時(shí)、標(biāo)記延時(shí)或多邊形延時(shí)。參見7basicfunctionsforscanheadandlasercontrol，rev.1.7epcinterfaceboard。在空中文字模式中，設(shè)置參數(shù)用于控制跑進(jìn)的持續(xù)時(shí)間、跑出的持續(xù)時(shí)間、時(shí)間間隔和激光器開啟的位移參數(shù)，其限定了“激光器活動(dòng)”的激光控制信號(hào)接通和關(guān)閉時(shí)間點(diǎn)相對(duì)于設(shè)置開始位置和設(shè)置結(jié)束位置的延時(shí)。

圖2是諸如在空中文字過程中激光器的代表的延時(shí)設(shè)置。在圖2中，反射鏡的成角速度以發(fā)展(develop)陰影線掃描(1)的恒定速度移動(dòng)激光器，激光器被關(guān)閉，并且反射鏡減速到停止，反轉(zhuǎn)方向，并且再次加速到下一個(gè)陰影線掃描(2)，激光器向后開啟(turnbackon)，反射鏡再次保持在恒定速度以啟動(dòng)下一個(gè)陰影線掃描(3)，并且激光器以發(fā)展陰影線掃描(4)的恒定速度移動(dòng)。與(2)相關(guān)聯(lián)的減速通常稱為跑出(run-out)運(yùn)動(dòng)，而與(3)相關(guān)聯(lián)的加速通常稱為跑進(jìn)(run-in)運(yùn)動(dòng)。如果激活了諸如空中文字過程中的延時(shí)設(shè)置，那么反射鏡在焊接開始前被加速，并允許加熱以建立并啟動(dòng)新的熔融。對(duì)于部件的結(jié)束同樣如此，其中反射鏡在焊接結(jié)束時(shí)減速，激光器在到達(dá)部件的內(nèi)部邊緣之前被關(guān)閉，并且熔池引起焦點(diǎn)。

在激光器頭或掃描儀頭的跑進(jìn)和跑出期間確保準(zhǔn)確性的一種方式是校準(zhǔn)激光加性制造設(shè)備中的延時(shí)設(shè)置。目前，在激光加性制造設(shè)備中校準(zhǔn)延時(shí)設(shè)置主要是手動(dòng)程序，要求熟練的操作員解釋由激光創(chuàng)建的標(biāo)記是否符合所指定的開始和停止坐標(biāo)。例如，在圖3中，熟練的操作員通過采用加性制造設(shè)備的激光標(biāo)記金屬板創(chuàng)建測(cè)試圖案，并對(duì)所得到的圖案照相。熟練的操作員創(chuàng)建輪廓掃描和陰影線掃描，并再檢查在輪廓和陰影線掃描之間的相交處適當(dāng)疊加的掃描。再檢查適當(dāng)?shù)难訒r(shí)設(shè)置的一種方法是通過諸如圖4中的顯微檢驗(yàn)測(cè)試圖案來檢查測(cè)試圖案。在存在掃描不對(duì)準(zhǔn)的情況下，操作員將隨后調(diào)節(jié)例如比如在空中文字的寫入過程中的延時(shí)設(shè)置，使得跑進(jìn)和跑出在合適的坐標(biāo)處開始和停止激光器。操作員通過反復(fù)試驗(yàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)延時(shí)設(shè)置，并且該調(diào)節(jié)從部件制造的每個(gè)階段引入大量的可變性?？勺冃詫?dǎo)致不均勻的表面拋光，壓痕，過度焊接和/或欠焊接。由于激光加性制造被工業(yè)化，并且更多的操作員涉及在該過程中，因此操作員-操作員間的變化很可能變成一個(gè)挑戰(zhàn)，并且對(duì)于該校準(zhǔn)過程將要求顯著更多的工時(shí)。本發(fā)明者意識(shí)到增加效率的需求，并且改進(jìn)校準(zhǔn)關(guān)于激光加性制造過程中的延時(shí)設(shè)置的方法的需求。

從而，存在改進(jìn)校準(zhǔn)延時(shí)設(shè)置的方法的需求，該延時(shí)設(shè)置與激光加性制造過程中熔融和熔合過程期間激光器頭和掃描儀頭的開始和停止相關(guān)聯(lián)。通過改進(jìn)激光加性制造過程期間校準(zhǔn)激光器頭和掃描儀頭中的延時(shí)設(shè)置、或者激光器頭或掃描儀頭的掃描運(yùn)動(dòng)的過程，將得到部件變形中的更小變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)激光加性制造過程中激光掃描儀的延時(shí)和/或空中寫入加速和減速設(shè)置的方法，該方法包括比較測(cè)試板上開啟和關(guān)閉激光器的位置與控制或標(biāo)準(zhǔn)上的激光器開啟和關(guān)閉位置。測(cè)試板中發(fā)現(xiàn)的任何差異被調(diào)節(jié)，使得測(cè)試板的開啟和關(guān)閉激光器的位置與控制或標(biāo)準(zhǔn)的開啟和關(guān)閉激光器位置基本上一致。

本發(fā)明提供一組技術(shù)方案，如下：

1.一種用于校準(zhǔn)激光加性制造過程的方法，包括：

(a)輻照粉末床中的粉末層以形成熔合區(qū)域圖案，

(b)將所述熔合區(qū)域圖案的第一特性與參考圖案的第二特性進(jìn)行比較，以及

(c)基于比較而調(diào)節(jié)第一參數(shù)，使得步驟(a)的重復(fù)將導(dǎo)致更接近地匹配所述參考圖案的第二熔合區(qū)域圖案。

2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中第一參數(shù)涉及空中文字過程的掃描運(yùn)動(dòng)，可選地涉及跳轉(zhuǎn)延時(shí)、標(biāo)記延時(shí)或者多邊形延時(shí)設(shè)置的掃描運(yùn)動(dòng)，優(yōu)選跳轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，或者可選地涉及為跑進(jìn)運(yùn)動(dòng)或跑出運(yùn)動(dòng)的掃描運(yùn)動(dòng)。

3.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一參數(shù)涉及掃描運(yùn)動(dòng)和用于執(zhí)行輻照步驟(a)的輻照源的控制之間的同步，或者可選地涉及跑進(jìn)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，或者可選地涉及跑出運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。

4.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中圖案是陰影線標(biāo)記、掃描或線條。

5.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中參數(shù)是輪廓和陰影線線條之間的距離，或者可選地是正交于所述陰影線線條的輪廓之間的距離。

6.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一特性是所述輪廓掃描和所述陰影線掃描的結(jié)束之間的第一距離。

7.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中參數(shù)是調(diào)節(jié)激光器開啟延時(shí)，或者可選地調(diào)節(jié)激光器關(guān)閉延時(shí)。

8.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述特性是存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)裝置形式上的光學(xué)圖像。

9.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，進(jìn)一步包括在完成步驟(c)的調(diào)節(jié)后重復(fù)步驟(a)，以形成完整的對(duì)象。

10.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述第一特性通過則量激光檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓來比較。

11.根據(jù)前述技術(shù)方案中任一項(xiàng)所述的方法，其中過程是自動(dòng)的。

12.一種軟件程序，用于執(zhí)行技術(shù)方案1的步驟(b)的比較，可選地進(jìn)一步，其中程序自動(dòng)執(zhí)行步驟(c)的參數(shù)調(diào)節(jié)。

13.一種系統(tǒng)，包括激光加性制造裝置，監(jiān)測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)和軟件，其整合在一起以調(diào)節(jié)加性制造裝置中的激光掃描儀延時(shí)設(shè)置，其中所述系統(tǒng)比較控制構(gòu)建的建立期間激光器掃描開始和停止的坐標(biāo)，并調(diào)節(jié)測(cè)試圖案中至少一個(gè)關(guān)鍵的過程參數(shù)以匹配所述控制構(gòu)建的那些參數(shù)。

本發(fā)明提供另一組技術(shù)方案，如下：

1.一種用于校準(zhǔn)激光加性制造過程的方法，包括：

(a)輻照粉末床中的粉末層以形成熔合區(qū)域圖案，

(b)將所述熔合區(qū)域圖案的第一特性與參考圖案的第二特性進(jìn)行比較，以及

(c)基于比較而調(diào)節(jié)第一參數(shù)，使得步驟(a)的重復(fù)將導(dǎo)致更接近地匹配所述參考圖案的第二熔合區(qū)域圖案。

2.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述第一參數(shù)涉及空中文字過程的掃描運(yùn)動(dòng)。

3.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述第一參數(shù)涉及跳轉(zhuǎn)延時(shí)、標(biāo)記延時(shí)或者多邊形延時(shí)設(shè)置的掃描運(yùn)動(dòng)。

4.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其中所述掃描運(yùn)動(dòng)是跑進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

5.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其中所述掃描運(yùn)動(dòng)是跑出運(yùn)動(dòng)。

6.根據(jù)技術(shù)方案2所述的方法，其中所述掃描運(yùn)動(dòng)是跳轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

7.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述第一參數(shù)涉及掃描運(yùn)動(dòng)和用于執(zhí)行輻照步驟(a)的輻照源的控制之間的同步。

8.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中參數(shù)包含所述跑進(jìn)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。

9.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中參數(shù)包含所述跑出運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。

10.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中圖案是陰影線標(biāo)記、掃描或線條。

11.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中參數(shù)是所述輪廓和陰影線線條之間的距離。

12.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中參數(shù)是正交于所述陰影線線條的所述輪廓之間的距離。

13.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述第一特性是所述輪廓掃描和所述陰影線掃描的結(jié)束之間的第一距離。

14.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中參數(shù)是調(diào)節(jié)激光器開啟延時(shí)。

15.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中參數(shù)是調(diào)節(jié)激光器關(guān)閉延時(shí)。

16.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述特性是存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)裝置形式上的光學(xué)圖像。

17.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，進(jìn)一步包括在完成步驟(c)的調(diào)節(jié)后重復(fù)步驟(a)，以形成完整的對(duì)象。

18.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中所述第一特性通過測(cè)量激光檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓來比較。

19.根據(jù)技術(shù)方案1所述的方法，其中過程是自動(dòng)的。

20.一種軟件程序，用于執(zhí)行技術(shù)方案1的步驟(b)的比較。

21.根據(jù)技術(shù)方案20所述的程序，其中所述程序還自動(dòng)執(zhí)行步驟(c)的參數(shù)調(diào)節(jié)。

22.一種系統(tǒng)，包括激光加性制造裝置，監(jiān)測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)和軟件，其集成在一起以調(diào)節(jié)加性制造裝置中的激光掃描儀延時(shí)設(shè)置，其中所述系統(tǒng)比較控制構(gòu)建的構(gòu)建期間激光掃描開始和停止的坐標(biāo)，并調(diào)節(jié)測(cè)試圖案中至少一個(gè)關(guān)鍵的過程參數(shù)以匹配控制構(gòu)建。

附圖說明

圖1是常規(guī)激光加性制造設(shè)備的示意圖。

激光加性制造過程，用圖表示熔池和制造過程期間激光器移動(dòng)的路徑和速度。

圖2是在對(duì)象的激光加性制造掃描期間激光器的運(yùn)動(dòng)的示意表示，其用圖形表示熔池和制造過程期間激光器以其移動(dòng)的路徑和速度。

圖3是熔融板上測(cè)試圖案的視圖，其示出了在x維度中的陰影線掃描和輪廓掃描處激光加性過程的準(zhǔn)確度。

圖4是圖3的特寫視圖，示出了輪廓掃描和陰影線掃描之間的重疊。

圖5是示出了激光檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓轉(zhuǎn)換為x和y位置坐標(biāo)的圖表。

圖6是示出了通過使用基于成像的確定的空中寫入過程的x和y位置坐標(biāo)的圖表。閉合的圓表示激光器被開啟時(shí)掃描中的點(diǎn)，“x”表示激光器被關(guān)閉時(shí)掃描中的點(diǎn)。

具體實(shí)施方式

下面的詳細(xì)描述陳述了一種在激光加性制造過程期間校準(zhǔn)激光器頭或掃描儀頭例如在跳轉(zhuǎn)延時(shí)、標(biāo)記延時(shí)或多邊形延時(shí)的過程，空中文字過程期間的延時(shí)設(shè)置運(yùn)動(dòng)的方法。描述應(yīng)當(dāng)清楚地使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠使用該方法，并且描述陳述了多種實(shí)施例，適應(yīng)，變化，備選方案以及方法的使用，包括目前被相信為是其最佳模式的使用。雖然所述方法被描述為一種特定類型的激光加性制造過程上執(zhí)行，但是預(yù)期本校準(zhǔn)方法可廣泛地應(yīng)用于其它加性制造過程，其利用空中寫入過程在加性制造過程期間控制高能量束的接通或關(guān)閉以及掃描。

在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種通過將激光器頭或掃描儀頭的運(yùn)動(dòng)與已知的測(cè)試圖案進(jìn)行比較，并調(diào)節(jié)激光器頭和掃描儀頭延時(shí)設(shè)置，以匹配激光加性制造過程中實(shí)現(xiàn)的對(duì)象或者特定部件的已知質(zhì)量構(gòu)建的那些來校準(zhǔn)空中寫入過程的方法。如果存在差異，則系統(tǒng)或操作員將調(diào)節(jié)關(guān)鍵的過程參數(shù)，使得測(cè)試圖案匹配標(biāo)準(zhǔn)或質(zhì)量控制構(gòu)建的那些。一旦被校準(zhǔn)，則在隨后的構(gòu)建中存在減小的可變性，使得激光器頭和掃描儀頭的運(yùn)動(dòng)匹配已知的質(zhì)量構(gòu)建。在備選實(shí)施例中，校準(zhǔn)過程可以被自動(dòng)化，使得測(cè)試圖案和質(zhì)量控制構(gòu)建之間的任何差異可以被自動(dòng)調(diào)節(jié)，直到測(cè)試圖案的規(guī)格與控制構(gòu)建一致。自動(dòng)調(diào)節(jié)也可以通過過程反饋機(jī)構(gòu)來執(zhí)行。

在權(quán)利要求的另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)用于激光加性制造的激光掃描儀的延時(shí)設(shè)置的方法。該方法在一個(gè)實(shí)施例中通過執(zhí)行測(cè)試構(gòu)建來實(shí)現(xiàn)，在測(cè)試構(gòu)建中關(guān)鍵的過程參數(shù)被確定。關(guān)鍵的過程參數(shù)的示例包括但不限于輪廓掃描和陰影線掃描。在測(cè)試構(gòu)建期間，激光焦點(diǎn)同時(shí)被監(jiān)測(cè)，使得激光焦點(diǎn)位置的起始和停止點(diǎn)。通過激光器被關(guān)閉并隨后被打開時(shí)比較激光焦點(diǎn)和其相關(guān)聯(lián)熔池的位置，過程能夠去除與已知的良好的測(cè)試構(gòu)建的測(cè)試構(gòu)建位置相關(guān)聯(lián)的用戶錯(cuò)誤，并且利用該比較結(jié)合經(jīng)驗(yàn)公式或圖表來調(diào)節(jié)過程參數(shù)。

在又一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)激光加性制造過程的方法，該方法包括照射粉末床中的粉末層，以形成熔合區(qū)域圖案，將熔合區(qū)域圖案的第一特性與參考圖案的第二特性進(jìn)行比較，并且基于比較調(diào)節(jié)第一參數(shù)，使得照射粉末床中的粉末層的重復(fù)將產(chǎn)生更接近地匹配參考圖案的第二熔合區(qū)域圖案。在一個(gè)實(shí)施例中，第一參數(shù)可以涉及空中文字過程的掃描運(yùn)動(dòng)，或者涉及跳轉(zhuǎn)延時(shí)、標(biāo)記延時(shí)，或者多邊形延時(shí)設(shè)置的掃描運(yùn)動(dòng)。掃描運(yùn)動(dòng)可以是跑進(jìn)運(yùn)動(dòng)，跑出運(yùn)動(dòng)，或者跳轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在備選實(shí)施例中，第一參數(shù)可以涉及掃描運(yùn)動(dòng)和用于執(zhí)行照射步驟的照射源的控制之間的同步。在又一實(shí)施例中，參數(shù)可以包括跑進(jìn)運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間，或者跑出運(yùn)動(dòng)的持續(xù)時(shí)間。參數(shù)還可以包括輪廓和陰影線線之間的距離，或者正交于陰影線線條的輪廓之間的距離，或者調(diào)節(jié)激光器開啟延時(shí)，或者調(diào)節(jié)激光器關(guān)閉延時(shí)，或其任意組合。

在一個(gè)方面中，第一特性是陰影線掃描的結(jié)束和輪廓掃描之間的第一距離，或者是存儲(chǔ)在電子存儲(chǔ)裝置形式上的光學(xué)圖像，或者通過測(cè)量激光檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓來比較。在又一實(shí)施例中，圖案是陰影線標(biāo)記、掃描或線條。方法可進(jìn)一步包括在進(jìn)行調(diào)節(jié)后重復(fù)照射的步驟，以完成對(duì)象。最后，上述實(shí)施例可以是自動(dòng)過程。

在又一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種軟件程序，其用于執(zhí)行熔合區(qū)域圖案的第一特性與參考圖案的第二特性的比較，其中程序還可以進(jìn)一步自動(dòng)執(zhí)行參數(shù)調(diào)節(jié)。

在最后的實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種系統(tǒng)，其包括整合在一起以調(diào)節(jié)加性制造裝置中的激光掃描儀延時(shí)設(shè)置的激光加性制造裝置，監(jiān)測(cè)裝置，計(jì)算機(jī)和軟件，其中系統(tǒng)比較控制構(gòu)建建立期間激光掃描起始和停止的坐標(biāo)，并調(diào)節(jié)測(cè)試圖案中至少一個(gè)關(guān)鍵的過程參數(shù)以匹配控制構(gòu)建的那些。

本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，測(cè)試圖案可以以多種方式實(shí)現(xiàn)。例如，金屬板，諸如由哈式合金、不銹鋼、鎳、基于鈷的超合金、或者鋁合金制成的板用激光燒，首先通過燒輪廓掃描，隨后通過逐行燒制陰影線掃描。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，測(cè)試圖案意圖幫助確定是否要求激光器的加速和/減速的校準(zhǔn)。在激光燒制測(cè)試圖案時(shí)，激光的x和y位置包括激光焦點(diǎn)的起始和停止點(diǎn)及其相關(guān)聯(lián)的熔池上的數(shù)據(jù)被收集。

位置數(shù)據(jù)的收集和監(jiān)測(cè)可以以多種方式實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，激光焦點(diǎn)的位置的監(jiān)測(cè)通過監(jiān)測(cè)激光檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓來實(shí)現(xiàn)。如圖4所示，激光檢流計(jì)(也已知為“檢流計(jì)”)驅(qū)動(dòng)電壓沿著x和y位置進(jìn)行測(cè)量，并利用已知的傳遞函數(shù)將其轉(zhuǎn)換為位置坐標(biāo)。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)和理解，傳遞函數(shù)是標(biāo)準(zhǔn)的并且可以利用多種方法來實(shí)現(xiàn)，例如但不限于通過matlab得到的方法。傳遞函數(shù)用于給定電壓與檢流計(jì)不是1∶1比率的情況下施加校正因子。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)，存在許多方式來實(shí)現(xiàn)該校正因子，使得檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓至構(gòu)建板上激光焦點(diǎn)的物理位置(例如參見www.zamisel.com/sspostavka2.html)。一些可能的傳遞函數(shù)包括隨后為matlab中的transfrompointsinverse的fitgeotrans。一旦應(yīng)用了傳遞函數(shù)，沿著x和y位置的檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓被轉(zhuǎn)換為自中心起的x和y位置(例如單位為毫米或英寸)。參見圖4。

在另一實(shí)施例中，監(jiān)測(cè)可以通過使用拍攝裝置，例如但不限于帶電耦合器件(ccd)拍攝裝置來實(shí)現(xiàn)。還可以包括網(wǎng)格線的拍攝裝置可以用于拍攝燒制過程的時(shí)延照片，以監(jiān)測(cè)激光焦點(diǎn)的x和y位置。圖5示出了燒制的起始(閉合圓)和停止(“x”標(biāo)記)的監(jiān)測(cè)?；陔x輪廓掃描的距離，激光器的每次起始和停止位置的平均值被確定，并用于調(diào)節(jié)激光器。

一旦實(shí)施監(jiān)測(cè)，收集的數(shù)據(jù)則用于確定掃描或矢量的結(jié)束和掃描或矢量的起始之間的距離，并被測(cè)量以及與已知的控制或標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，控制或標(biāo)準(zhǔn)是被制造部件的先前的原型，其經(jīng)歷了激光加性制造過程并被確定以便更精確地反映初始創(chuàng)建的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad)模型的精確規(guī)格和測(cè)量。

一旦實(shí)施監(jiān)測(cè)，掃描運(yùn)動(dòng)基于數(shù)據(jù)的收集。本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會(huì)，通過該校準(zhǔn)技術(shù)實(shí)施的調(diào)節(jié)提供一種標(biāo)準(zhǔn)化例如空中文字過程期間激光器頭和掃描儀頭延時(shí)設(shè)置的手段，并將產(chǎn)生更一致的最終產(chǎn)品。

本發(fā)明所述的多個(gè)實(shí)施例具有如下的一些優(yōu)點(diǎn)，但優(yōu)點(diǎn)不限于這些：

1)替代人工校準(zhǔn)過程；

2)減小操作員與操作員間的變化；

3)減少空中寫入校準(zhǔn)時(shí)間；以及

4)減小過程變化，其對(duì)于滿足基于激光的加性制造部件的幾何容差是關(guān)鍵的。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還將領(lǐng)會(huì)，可以實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件使得該分析可以被編程。在另一實(shí)施例中，上述校準(zhǔn)方法和其軟件可以包含在基于激光的加性制造機(jī)器中。例如，用于校準(zhǔn)的過程和軟件可以整合到標(biāo)準(zhǔn)的操作軟件或激光加性制造機(jī)器的系統(tǒng)中。

示例

對(duì)于空中寫入過程的校準(zhǔn)，在dmlm機(jī)器中通過在hastalloy板上進(jìn)行測(cè)試圖案燒制來執(zhí)行單層的測(cè)試燒制。在燒制期間，激光檢流計(jì)驅(qū)動(dòng)信號(hào)被監(jiān)測(cè)和記錄。利用matlab上可得到的fitgeotrans函數(shù)(www.mathworks.com/help/images/ref/fitgotrans/html)，所記錄的電壓讀數(shù)被轉(zhuǎn)換為沿x和y平面的位置坐標(biāo)。通過應(yīng)用四階多項(xiàng)式和線性的分段擬合，函數(shù)用于配合(fit)電壓讀數(shù)以測(cè)量與電壓相關(guān)聯(lián)的位置。已經(jīng)被數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換的電壓被變換為構(gòu)建表面上激光焦點(diǎn)的特定x-y位置。雖然使用了這些特定的函數(shù)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，也可以使用執(zhí)行相同任務(wù)的其它函數(shù)。一旦產(chǎn)生，傳遞函數(shù)利用matlab中的transformpointsinverse函數(shù)(www.mathsworks.com/help/images/ref/affine3d.transformpointsinverse.html？searchhighlight=transformpointsinverse)來施加。對(duì)于測(cè)試燒制中每次通過(pass)的起始和停止位置與已知的良好工件進(jìn)行比較。

上面詳細(xì)描述了校準(zhǔn)方法的示范實(shí)施例。方法不限于在此所述的具體實(shí)施例。例如，在此所述的方法可以具有其它的工業(yè)和/或消費(fèi)者應(yīng)用，并且不限于利用激光加性制造過程的實(shí)施。而是，校準(zhǔn)方法可以應(yīng)用于其它加性制造校準(zhǔn)。

雖然已經(jīng)根據(jù)多個(gè)具體實(shí)施例描述了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以領(lǐng)會(huì)并認(rèn)識(shí)到本發(fā)明可以以權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的修改來實(shí)施。